[發(fā)明專利]一種隨動(dòng)型機(jī)械臂的控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011046836.7
• 申請(qǐng)日: 2020-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN111890372B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林嘉;辜紀(jì)文;辜正濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西明天高科技股份有限公司;南昌嘉研科技有限公司
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;B25J3/00
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 彭琰

本發(fā)明提供了一種隨動(dòng)型機(jī)械臂的控制方法，對(duì)于任意輸入的作用力指令，通過進(jìn)行空間矢量分解運(yùn)算，求解出三枚電機(jī)各自需要的輸出力矩大小，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)在持握點(diǎn)合成出所需的反饋力，從而能夠?qū)⑷我夥较虼笮〉娜S空間力矢量向特定施力點(diǎn)進(jìn)行分解，由此可以實(shí)現(xiàn)：在持握不同形狀的物體時(shí)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)所處的位置不能提前預(yù)知，但輸出的夾緊力仍可以保持在一定范圍內(nèi)。前臂末梢的持握點(diǎn)可到達(dá)一定空間內(nèi)的任意位置，用戶手持該持握點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，該隨動(dòng)型機(jī)械臂能隨之自動(dòng)調(diào)整連桿姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)隨行運(yùn)動(dòng)，使前臂末梢在一定工作空間內(nèi)跟隨人手移動(dòng)，并同時(shí)按系統(tǒng)要求向人手施加作用力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種隨動(dòng)型機(jī)械臂的控制方法。

背景技術(shù)

機(jī)械臂是常用的機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備之一，機(jī)械臂能夠代替或輔助人類手臂進(jìn)行多種勞動(dòng)量大、高精度、重復(fù)性高生產(chǎn)制造動(dòng)作。例如，對(duì)于醫(yī)療行業(yè)的某些應(yīng)用場景，使用者會(huì)持握機(jī)器臂進(jìn)行手術(shù)操作等。

傳統(tǒng)的機(jī)械臂控制系統(tǒng)面對(duì)的工作環(huán)境往往是針對(duì)固定工況，例如生產(chǎn)線機(jī)器人每次動(dòng)作都相同，起吊機(jī)具每次升降的高度都基本接近等，但對(duì)于醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用場景，經(jīng)常遇到需要在特定位置施加特定大小力的情況，例如，對(duì)于持握機(jī)器臂，機(jī)械臂不僅需要完成持握動(dòng)作，還需要對(duì)夾緊力進(jìn)行精確控制，傳統(tǒng)的機(jī)械控制系統(tǒng)顯然無法實(shí)現(xiàn)這些功能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種隨動(dòng)型機(jī)械臂的控制方法，以解決現(xiàn)有的機(jī)械臂控制系統(tǒng)無法在特定位置施加特定大小力的問題。

本發(fā)明提供一種隨動(dòng)型機(jī)械臂的控制方法，該隨動(dòng)型機(jī)械臂包括肩部組件、上臂、前臂；所述肩部組件包括底座、旋肩電機(jī)、旋肩傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、展臂電機(jī)、展臂傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、屈肘電機(jī)、屈肘傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述旋肩電機(jī)、所述展臂電機(jī)、所述屈肘電機(jī)均配備轉(zhuǎn)子角度編碼器；

所述旋肩電機(jī)固定在所述底座上，所述旋肩傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與所述旋肩電機(jī)連接，所述展臂電機(jī)和所述屈肘電機(jī)安裝在所述旋肩傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上，所述旋肩電機(jī)用于帶動(dòng)所述隨動(dòng)型機(jī)械臂除所述底座和所述旋肩電機(jī)以外的部分繞豎直的旋肩軸旋轉(zhuǎn)；

所述展臂傳動(dòng)結(jié)構(gòu)連接在所述展臂電機(jī)的轉(zhuǎn)子和所述屈肘電機(jī)的定子之間，所述展臂電機(jī)用于帶動(dòng)所述上臂和所述前臂繞水平的展臂軸旋轉(zhuǎn)；

所述上臂的基部與所述屈肘電機(jī)的定子連接，所述前臂的一端與所述上臂鉸接于肘關(guān)節(jié)處，并與所述屈肘傳動(dòng)結(jié)構(gòu)連接，所述前臂的另一端延伸至持握點(diǎn)；

所述屈肘電機(jī)與所述屈肘傳動(dòng)結(jié)構(gòu)連接，所述屈肘傳動(dòng)結(jié)構(gòu)用于將所述屈肘電機(jī)的動(dòng)力輸出到所述肘關(guān)節(jié)，所述屈肘電機(jī)用于帶動(dòng)所述前臂繞水平的肘關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)；

所述旋肩軸和所述展臂軸在空間的交點(diǎn)為所述隨動(dòng)型機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)中心，在所述旋肩電機(jī)、所述展臂電機(jī)、所述屈肘電機(jī)的聯(lián)合帶動(dòng)下，所述持握點(diǎn)可到達(dá)一個(gè)球殼范圍內(nèi)的任意位置，球殼的外徑等于所述上臂與所述前臂的長度之和，球殼內(nèi)徑等于所述上臂與所述前臂長度之差的絕對(duì)值，當(dāng)使用者持握所述持握點(diǎn)時(shí)，所述隨動(dòng)型機(jī)械臂在使用者手部的移動(dòng)帶領(lǐng)下做隨行運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)向人手施加反力；

所述控制方法包括：

獲取所述旋肩電機(jī)、所述展臂電機(jī)、所述屈肘電機(jī)的輸出角；

根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)中心的位置、所述旋肩電機(jī)的輸出角、所述上臂的長度、所述展臂電機(jī)的輸出角，計(jì)算所述肘關(guān)節(jié)的位置；

根據(jù)所述展臂電機(jī)的輸出角、所述屈肘電機(jī)的輸出角計(jì)算所述前臂與水平面之間的前臂方向角；

根據(jù)所述肘關(guān)節(jié)的位置、所述前臂方向角、所述前臂的長度計(jì)算所述持握點(diǎn)的位置；

根據(jù)所述持握點(diǎn)的位置計(jì)算所述持握點(diǎn)到所述旋肩電機(jī)、所述展臂電機(jī)、所述屈肘電機(jī)的力臂矢量；

根據(jù)各個(gè)所述力臂矢量計(jì)算所述旋肩電機(jī)、所述展臂電機(jī)、所述屈肘電機(jī)向合力作用點(diǎn)輸出分力的方向矢量；